CN107003388A - 用于增加汽车雷达系统中的角分辨率的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

在此描述了一种汽车雷达系统和利用三通道切换天线来改进方位跟踪雷达的角分辨率的相关处理技术。

Description

用于增加汽车雷达系统中的角分辨率的方法和设备
技术领域
在此描述的概念、系统、电路、装置和技术大体上涉及射频(RF)电路，更具体地涉及汽车雷达系统。
背景技术
如本领域已知的，一些现有的汽车雷达系统检测产生具有一信号强度的雷达返回信号的目标，所述信号强度超过范围/多普勒空间中的阈值信号强度。然后，雷达对每个目标进行X-Y位置和速度的估计。这种方法典型地需要为状态机形式的并且以阈值和启发式跟踪的算法。
参照图1-1A，一些传统的汽车雷达系统使用两个天线，每个天线馈送双通道接收器的一个通道。如图1A所示的，两个通道中的信号之间的相位差提供角度信息，其可以用于检测方位平面中的目标。理论上，二分之一波长(λ/2)的天线间隔使得这样的双通道汽车雷达系统能够在180゜视场(FOV)范围内提供明确的角度信息。
发明内容
然而，一些汽车雷达系统使用相对较小且便宜的天线和其他部件。这是由于成本考虑和尺寸限制。天线中的这种限制导致天线质量和天线与其上安装有汽车雷达系统的车体相互作用的问题。特别地，并且根据在此描述的概念、系统和技术，已经认识到，使用相对较小和便宜的天线导致汽车雷达系统中的方位角和相位差之间的复杂的相位关系。
还已经认识到，传统的双通道汽车雷达系统(也称为双通道汽车“传感器”系统)产生不能容易地解决的模糊性。具体地，如图1B中所示的，在实际应用中，传统的双通道汽车雷达系统的限制(即利用间隔开λ/2的两个天线，每个天线馈送2-通道接收器的一个通道)变得很清楚。在传统的双通道汽车雷达系统的实际应用中，射频(RF)能量与天线周围环境的相互作用导致汽车雷达系统的相位响应中的波动。汽车仪表板、支架、车体及其他结构和因素都可能导致这种相位波动。此外，由于天线和雷达外壳的边缘出现在具有显着RF能量的位置处，因此雷达的小尺寸有助于相位失真。因此，如图1B中所示的，在实际系统中生成的相位曲线具有一些区域(例如，在图1B中在大约50和60度之间)，其中角分辨率使得存在模糊性，因此角分辨率是不可接受的。
根据在此所述的概念、系统和技术的一个方面，已经发现，通过添加第三天线可以在双通道汽车雷达系统中解决上述问题。因此，在此描述的是一种汽车雷达系统，其利用三通道切换天线来改善具有宽(即视野大于大约145或150度)的方位角跟踪双通道汽车雷达系统的角分辨率。当然，应当理解到，在此描述的概念和技术也可以应用于具有窄视场(FOV)的系统中，即，小于约150度的FOV—尽管视场窄要求可能允许在0和180度处具有衰减的RF能量传播的天线设计，并且因此当RF能量与天线附近的结构相互作用时减少问题的数量和严重性，所述结构包括但不限于例如天线的边缘板，外壳框架和/或车体。
具体地，在双通道汽车雷达系统中，第一天线与第二天线间隔开λ/2的距离，并且第三天线与第二天线间隔开λ的距离并且与第一天线3λ/2的距离。第一天线被耦合到双通道接收器的第一通道，并且第二和第三天线(第二天线与第一天线间隔开λ/2并且第三天线与第一天线间隔开3λ/2)有选择地通过开关耦合到第二接收器通道。因此，从两个分离的天线接收的信号共享双通道接收器的一个通道。
通过这种特定的布置，提供了一种具有不会导致模糊性的角分辨率的双通道汽车雷达系统。特别地，通过提供具有三个适当间隔开的天线并且两个天线选择性地共享单个通道的双通道汽车雷达系统，双通道汽车雷达系统可以生成两个(2)不同的相位曲线，其中相位曲线中的第一相位曲线对应于明确的相位曲线(与在具有λ/2天线间隔的传统的双通道系统中提供的基本相同)以及两个相位曲线中的第二相位曲线对应于具有不同于第一相曲线的斜率的斜率的相位曲线(例如通过使用λ/2天线间隔生成的相位曲线)。
使用这种系统的优点包括但不限于：(1)3λ/2的相位曲线具有较高的方位角分辨率；(2)使用λ/2的相位曲线来解决3λ/2相位曲线中的模糊性；(3)系统
对放置和安装不太敏感(较低的有效波动)；(4)系统提供了更好的视场(FOV)性能。
根据在此描述的概念、系统和技术的另一方面，汽车雷达系统包括三个接收天线，第一天线与第二天线间隔开λ/2的距离，以及第三天线与第二天线间隔开λ的距离并且与第一天线间隔开3λ/2的距离。三个天线中的每一个都耦合到射频(RF)接收器中的三个通道中的一个。因此，每个接收器通道具有耦合到三个天线中的相应一个天线的输入端。
利用这种特定的布置，提供了具有不会导致模糊性的角分辨率的三通道汽车雷达系统。特别地，通过提供具有三个适当间隔开的天线的三通道汽车雷达系统，三通道汽车雷达系统可以生成两个(2)不同的相位曲线，其中该相位曲线中的第一相位曲线对应于明确的相位曲线(与具有λ/2天线间隔的传统双通道系统中提供的相位曲线基本相同)以及该相位曲线中的第二相位曲线对应于具有与第一相位曲线的斜率不同的斜率的相位曲线(例如，通过使用3λ/2天线间隔生成的相位曲线)。
使用这种系统的优点包括但不限于：(1)3λ/2的相位曲线具有较高的方位角分辨率；(2)λ/2的相曲线用于解算3λ/2的相位曲线中的模糊性；(3)所述系统对放置和安装不太敏感(较低的有效波动)；以及(4)所述系统提供了更好的视场(FOV)性能，因为雷达对衰减朝向0和180度方向的能量的需求较少。
根据本公开的另一方面，一种汽车雷达系统包括：三个或更多个接收天线；具有耦合到所述接收天线中的相应一个的三个或更多个输入端口和输出端口的射频(RF)开关；单通道RF接收器，其具有耦合到RF开关的输出端以选择性地接收来自接收天线的RF信号的输入端口，以及具有输出端口；以及具有耦合到所述RF接收器的输出端口的输入端口的单通道中频(IF)接收器，其中所述IF接收器被配置为响应于从目标反射的所发射的线性调频脉冲，接收来自所述接收天线的交错线性调频脉冲返回信号并使用该交错的线性调频脉冲返回信号来确定目标的方位角和目标的多普勒速度。
根据本公开的另一方面，一种汽车雷达系统包括：三个或更多个接收天线；具有三个或更多个通道的射频(RF)接收器，每个接收器通道具有耦合到相应一个接收天线的输入端口和输出端口；具有耦合到所述RF接收器通道输出端口中的相应一个的三个或更多个输入端口并具有输出端口的中频(IF)开关；单通道IF接收器，其具有耦合到IF开关的输出端口以从RF接收器通道选择性地接收IF信号，其中IF接收器被配置为响应于从目标反射的发射的线性调频脉冲，从接收天线接收交错(interleaved)的返回信号并且使用该交错的返回信号来确定目标的方位角和目标的多普勒速度。
在一些实施例中，单通道IF接收器被配置为：将在大循环内收集的交错的线性调频脉冲返回信号转换成一组时域采样；对于每个接收天线，使用2D快速傅立叶变换(FFT)将时域采样转换为频域，以获得在每个范围/多普勒频段中的目标的幅度和相位；对于每个接收天线，至少部分地基于所述每个接收天线来修正在每个范围/多普勒箱中的目标的相位；以及基于每个范围/多普勒箱中的目标的修正相位来确定目标的方位角和目标的多普勒速度。
在某些实施例中，接收天线包括：第一接收天线；第二接收天线，其与第一天线间隔开在大约0.4λ至大约0.5λ的范围内的距离；以及第三接收天线，其与所述第二天线间隔开大约λ的距离并且与所述第一天线间隔开大约在1.4λ至大约1.7λ的范围内的距离。在一些实施例中，雷达系统包括至少四个接收天线。
在此所描述的概念、结构和技术可以有益于任何24GHz雷达，特别是那些使用宽视场(FOV)天线设计的雷达。此外，在此描述的概念、结构和技术可以用于各种应用，包括但不限于盲点检测、车道改变、CTA和停车间隙测量。
应当注意到到，可以组合上述不同实施例的各个概念、特征(或元件)和技术以形成在此未具体阐述的其他实施例。此外，可以单独地或以任何合适的子组合提供以组合形式描述的各种概念、特征(或元件)和技术。因此，期望在此未具体描述的其它实施例也在本公开的范围内。
附图说明
在此描述的概念的前述和其它方面、特征和优点从下面的特定实施例的描述中将变得是显而易见的，如在附图中所示的，其中相同的附图标记在整个的不同视图中指的是相同的部件。附图不一定按比例，而是重点放在说明本公开内容的原理。
图1是现有技术的双通道汽车雷达系统的框图；
图1A是用于图1的双通道汽车雷达系统的理想相位差与角度的曲线图；
图1B是用于图1的双通道汽车雷达系统的测量的相位差与角度的曲线图；
图2是利用三通道开关天线的汽车雷达系统的框图；
图2A是用于与图2结合描述的系统相同或相似的利用三通道开关天线的汽车雷达系统的理想的相位差与角度的曲线图；
图2B是用于与图2结合描述的系统相同或相似的利用三通道开关天线的车辆安装的汽车雷达系统的测量的相位差与角度的曲线图；
图3是可与图2中所示的系统相同或相似的利用三通道开关天线的汽车雷达系统的透视图；
图4是具有三通道接收器的汽车雷达系统的框图；
图5和图5A是具有三个接收天线、单通道RF接收器和单通道IF接收器的的汽车雷达系统的框图；
图6和图6A是具有三个接收天线、三通道RF接收器和单通道IF接收器的汽车雷达系统的框图；以及
图7是具有三个接收天线、三通道RF接收器和三通道IF接收器的汽车雷达系统的框图。
具体实施方式
在此描述的是汽车雷达系统(在此也有时称为汽车传感器系统)和适于提供用于定位目标的明确的相位信息的技术。在此描述的技术适用于频率调制连续波(FMCW)汽车雷达系统，然而，应当理解到，在此所述的系统和技术也可以用于非FMCW汽车雷达以及不是汽车雷达的雷达中。
现在参照图2，利用三通道开关天线来提高方位跟踪双通道汽车雷达系统的角分辨率的汽车雷达系统20包括与第二天线24间隔λ/2的距离的第一天线22和第三天线26，该第三天线与第二天线24隔开λ的距离并且与第一天线隔开3λ/2的距离。第一天线22耦合到双通道RF接收器28的第一射频(RF)接收器通道28a。在图2的示例系统中，接收器通道28a被示为单个RF下变频器。那些本领域普通技术人员将理解到，接收器通道28a当然可以包括大量通常已知的大量其它部件(例如，低噪声放大器)。
第二和第三天线24，26通过RF开关28选择性地耦合到第二接收器通道28b。因此，在图2的示例系统中，从两个分开的天线(即，天线24，26)接收的信号共享双通道接收器28的一个通道(即通道28b)。
如上所述的，本领域普通技术人员将理解到，接收器通道28b可以包括大量通常已知的大量其他部件(例如低噪声放大器)。还应当理解到，开关30未被示出为RF接收器28的适当部件。然而，在阅读在此提供的描述之后，本领域普通技术人员将理解到，开关30可以提供作为与接收器28分开的部件或可以提供作为接收器28的一部分。此外，在一些应用中，开关30甚至可以被提供作为RF接收器通道28b的一部分。
接收器通道28a，28b，接收RF信号从天线22-26中的相应天线提供给它，并且将信号下变频到第一中频，用于由中频(IF)接收器通道32a，32b中的相应那些进行进一步处理。
重要的是，通过接收器通道28a，28b和开关30处理RF信号保持与通过相应天线22-26接收的信号相关联的相关相位信息。当场景与通过λ/2间隔测量时的场景是相同的时候，当达到3λ/2的模糊度分辨率时，实现了优选结果。因此，优选的设计尽可能快地交替使用λ/2和3λ/2的间隔。开关频率被选择为以提供模糊度分辨率的最新模糊定时。在利用大和小处理循环的汽车雷达系统中，例如转让给本申请的受让人的美国专利6,707,419B2中所述的，并入在此作为参考，对于40毫秒(ms)的大循环(cycle)中，80ms被用于每个3λ/2天线，以及每个天线为80ms。
IF接收器32a，32b处理从相应RF接收器通道28a，28b馈送到其的信号。这样的处理可以包括将模拟信号转换成数字信号。
如上所述的，RF接收器通道32b从天线24和天线26接收信号。由于天线22和天线24之间的间隔与天线22和天线26之间的间隔是不同的，所以通过在两个天线之间切换，系统生成两(2)个不同的相位曲线。
相位曲线是测量的相位差和实际方位角之间的测量关系。每个天线对(例如，作为一对的天线22，24或作为一对的天线22，26)具有唯一的关系或相位曲线。假设40ms大循环时间和超过80ms的相对稳定的雷达场景，例如，可以使用一个相位曲线来解决另一个的模糊性。两个相位差测量都具有关于目标的有用信息。信噪比和方位误差之间的关系可以用于加权212相位曲线对净方位估计的贡献。
无论是模拟处理、数字处理还是模拟和数字处理的组合，然而，接收器32中的这样的处理生成两个不同的相位曲线，例如图2A中所示的相位曲线。应当理解到，在利用四(4)个或更多个天线的一些应用中，例如，利用两个以上的相位曲线会是有利的。例如，可能希望汽车雷达系统利用具有三个或更多个相位曲线的同时处理的四(4)个天线。
现在参考图2A所示，相位曲线40中的第一相位曲线对应于明确的相位曲线，并且两个相位曲线42中的第二相位曲线对应于具有与第一相位曲线的斜率不同的斜率的相位曲线。在该示出的示例中，通过使用来自于间隔开λ/2的天线(例如由图2的天线22和24提供的天线)的信号来生成第一相位曲线40(即，明确的相位曲线)。应当注意到，明确的相位曲线基本上对应于与会由具有λ/2天线间隔的传统双通道系统(例如图1的系统)提供的相位曲线相同的相位曲线。通过使用间隔开3λ/2的一对天线(例如由图2的天线22和26提供的天线)生成第二相位曲线42。由于相位曲线40，42具有不同的斜率，所以使用两个相位曲线40，42使所述系统能够在180°视场(FOV)上提供明确的角度信息。
具体地，相位曲线42(由3λ/2的天线间隔生成)具有高于相位曲线40的方位角分辨率。当然，应当注意到，相位曲线42本身可以具有模糊性。因此，相位曲线40(由λ/2天线间隔生成)可用于解决3λ/2相位曲线中的模糊性。
已经发现，利用至少一个相位曲线具有与另一相位曲线的斜率不同的斜率的两个或更多个相位曲线，与传统系统相比对车辆上的物理放置和安装较不敏感(较低有效波动)的汽车雷达系统被提供。应该注意到，3λ/2的间隔生成三(3)倍于2λ/2间隔的斜率。此外，与更宽的天线间隔相关的效果会导致天线处于针对体反射的较小的相干相位环境中。已经发现，利用至少一个相位曲线具有不同于另一相位曲线的斜率的斜率的两个或更多个相位曲线，提供了具有更好FOV性能的汽车雷达系统。
现在参照图2B，示出了由在车载汽车雷达系统中进行的测量生成的相位曲线。相位曲线44对应于明确的相位曲线(即，具有λ/2天线间隔的相位曲线)，相位曲线46对应于以3λ/2天线间隔生成的相位曲线(应当注意到，相位曲线46被“展开”)。
现在参照图3示，汽车雷达系统50包括发射天线，在此由贴片天线元件52a-52d的线性阵列52提供。雷达系统50还包括在此由三个天线54，56，58提供的接收天线。重要地，天线54与天线56间隔开2λ/2，天线58与天线56间隔开λ的距离以及与天线54间隔开3λ/2的距离。
在图3的示出实施例中，每个天线54，56，58被示出设置为贴片天线元件54a-54d，56a-56d，58a-58d的线性阵列。当然，应当理解到，天线54，56，58不需要被设置为阵列天线，对于操作作为如在此与图2-2B结合所描述的三通道切换天线汽车雷达系统。还应当理解到，在将天线54，56，58中的一个或所有的设置为阵列天线的情况下，不需要将它们设置为线性阵列天线(例如，一个或所有的天线54，56，58可被设置为二维阵列天线)。此外，阵列可以由任何类型和数量的天线元件提供(即，可以使用任何类型的天线元件，包括但不限于贴片天线元件)。
因此，汽车雷达系统50利用三通道切换天线来改善系统50的角分辨率。因此，汽车雷达系统50可以如上所述的结合图2-2B操作。
现在参照图4，汽车雷达系统的另一个实施例，其可以实现与上面结合图2描述的系统相同或相似的结果，可使用用三个或更多个通道62a，62b，62c代替如上结合图2所述的切换的第二通道的接收器60。每个接收器通道62a，62b，62c接收来自天线64，66，68中的相应一个天线的信号。该方法具有同时处理增加的通道但增加成本的可能性。
在上面结合图1-4描所述的汽车雷达系统和相关技术比较从多个不同天线同时进行的测量。可以使用三个或更多个天线来提供高分辨率并解决模糊性。因为对于同时使用的每个接收天线所述雷达系统需要分开的RF和IF硬件，所以以上结合图1-4所描述的各个实施例利用RF开关以在三个接收天线对之间切换。假设40ms主循环时间和超过80ms的相对稳定的雷达场景，例如，可以通过从交替的接收天线对进行测量来解决模糊性。主循环时间是指经由每个天线接收预定数量的接收信号(即，测量)所需的时间。
在此理解到，每隔40ms切换可允许场景变化足以降低在测量之间关联检测的能力。因此，更快的切换可以提高关联测量的能力，还应当理解到，为了准确地测量多普勒，汽车雷达系统需要大约25ms内获取的相干组的测量。天线之间更快的切换意味着场景更加稳定，与场景变化相关的误差最小化，从而提高了多普勒精度。
参照图5，适用于各种汽车应用的说明性雷达系统80
包括三个接收天线82，84，86，其经由单刀、三掷(1P3T)RF开关88(有时称为(1P3T)或“3:1”RF开关)来选择性地耦合到单通道射频(RF)接收器90。因此，在图5的示例系统中，从三个单独的天线82-86接收到的信号共享接收器90的单个通道。
可以选择接收天线82-86之间的间隔，以便使雷达系统80能够使用下面所述的技术来解决方位角和多普勒。为了解决模糊性，可优选的是(在理想意义上)，使第一天线82与第二天线84间隔开半波长(2λ/2)的距离以及第三天线86与第二天线82间隔开一个波长(λ)的距离以及与第一天线82间隔开1.5个波长(3λ/2)的距离。实际上，可优选的是，将天线82，84隔开小于半波长以考虑测量时的噪声。因此，在一些实施例中，第二天线84与第一天线82间隔开在大约0.4λ至约0.5λ的范围内的距离。还实际上，可优选的是，将天线84，86间隔开多于一个半波长(3λ/2)。在某些实施例中，第三天线86与第二天线84间隔开约一个波长(λ)的距离以及与第一天线82间隔开大约在约1.4λ到大约1.7λ的范围内的距离。
在图5的示例系统中，说明性的RF接收器90被示出为具有RF下变频器90a。当然，本领域普通技术人员将理解到，RF接收器可以包括如通常已知的其他组件(例如，设置在下变换器90a之前的一个或更多个低噪声放大器)。还应当理解到，RF开关88未被示出为接收器90的适当部分。然而，本领域普通技术人员将理解到，在实际系统中，RF开关88可以被提供为RF接收器90的一部分。
RF接收器90被耦合到单通道IF接收器92。IF接收器92可以包括本领域中通常已知的各种部件，包括但不限于IF滤波器，模数转换器(ADC)，以及数字信号处理器(DSP)。
在操作中，雷达系统80经由发射天线(图5中未示出)发射RF信号。雷达光束内的射频能量照射在物体(或场景)上，由物体反射或以其他方式重新定向到雷达80的射频能量由接收天线82-86接收。发射的RF能量可以是以规则间隔发送的线性调频连续波(FMCW)线性调频脉冲信号的形式。例如，在一些实施例中，系统80大约每一百零七(107)usec传送线性调频脉冲(例如，八十五(85)usec线性调频脉冲，二十二(22)usec回扫)。
开关88在适当时间点提供接收天线82-86的相应接收天线和接收器90的RF输入之间的RF信号路径，如下面将进一步详细讨论的。单通道RF接收器90接收从相应的天线82-86提供给其的RF信号，并将信号下变频到给定的中间频率，以供IF接收器92进一步处理。
在一个说明性实施例中，RF开关88可以与发射器同步，以选择性地循环穿过三个天线82-86，在一个给定接收天线上驻留(dwell)持续一个线性调频脉冲(即在该说明性实施例中，开关将天线之一耦合到RF接收器一段相当于一个线性调频脉冲的时间)。三个天线82-86中的单个进程被称为小循环。为了收集附加数据(例如，可用于获得不模糊的方位测量的数据)，雷达系统80可以执行统称为大循环的若干小循环。在一些实施例中，雷达系统80每个大循环传送一百九十二(192)个线性调频脉冲，从而从每个天线得到六十四(64)个可能的测量结果。因此，通过八十五(85)usec线性调频脉冲和二十二(22)usec回扫，雷达系统80可以大约每二十(20)ms完成一个大循环。
当然，应当理解到，在其他系统中，可以使用不同的切换速度或模式，只要通过每个天线82，84，86接收的数据量(例如返回信号)足以允许发生精确处理来确定具有雷达FoV的物体的位置，如在此在下面将要描述的
IF接收器92处理从RF接收器耦合到其上的信号。在各种实施例中，IF接收器92在大循环内接收192次测量(例如，三个接收天线82-86中的每个六十四(64)个线性调频脉冲)并使用这些交错测量来确定在雷达FoV内(例如通过明确解算)方位角和多普勒内的对象的位置。
在某些实施例中，IF接收器92执行以下处理以解算明确的方位角和多普勒。在其他实施例中，如将在下面进一步描述的，这样的处理可以由处理器执行。
步骤1：对于每个接收天线82-86，将在大循环内收集的相应模拟线性调频脉冲返回信号变换成一组时域采样。将时间序列采样存储在存储器中以备后续处理。
步骤2：对于每个接收天线82-86，使用2D快速傅里叶变换(FFT)将时域采样转换为频域，以获得在每个范围/多普勒频段中的目标的幅度和相位。由于系统在接收天线82-86之间快速切换，所以可以假设来自每个天线的交错测量是相干场景。
步骤3：针对每个接收天线82-86修正基于目标的相位。要注意到，每个频域频段中的目标相位取决于大循环内的平均范围(由特定天线测量)。由于接收天线82-86具有不同的位置(以及因此目标相移)，并且由于目标的移动会导致平均相位改变(由于多普勒)，所以有必要将相位按比例移动到线性调频脉冲时间和多普勒。
步骤4：使用来自三个接收天线82-86的多普勒修正相位来确定方位角和多普勒。因为每个天线在稍微不同的时间测量范围和方位角，并且目标在测量之间的范围内移动，所以存在三个测量(相位)和两个未知数(多普勒和方位角)。任何合适的技术可用于求解两个未知数。
在一些实施例中，三个天线相位测量结果可以被组合和平均，以减少相位噪声对接收信号的影响。特别地，如果从目标到天线的距离远大于天线间隔，则来自目标的返回信号可以被视为射线彼此平行的“平面波”。在每个天线82-86处看到的相位取决于天线位置和到达角度。由于对于每个天线82-86的到达角度是相同的，所以可以组合和平均三个天线位置与相位线性关系，以减少相位噪声对接收信号的影响。例如，在一些实施例中，可以绘制三个点(相位与天线位置)，并且可以找到通过三个点的“最佳拟合”直线解。
应当理解到，上述处理步骤仅仅是一个示例，并且可以使用其他实施方式来使用来自三个接收天线的交错测量结果来求解多普勒和方位角。
如上所述的，相位曲线是测量的与目标的相位差和实际方位角之间的关系。每个天线对(例如，作为一对的天线22，24或作为一对的天线22，26)具有唯一的关系或相位曲线。假设40ms大循环时间和在80ms内的相对稳定的雷达场景，例如，可以使用一个相位曲线来解算另一相位曲线的模糊性。在多通道接收器(例如，图2的接收器32)中，可以使用从多个不同天线同时获取的测量结果来计算相位差。在单通道接收器(例如，图5的接收器92)中，必须采取不同的方法。在各种实施例中，接收器92使用“几乎同时”从多个不同天线获取的测量结果来确定相位差。如在此所使用的，短语“几乎同时”意味着连续测量之间的时间显著小于场景改变花费的时间。
如上所述的，优选使用在大约λ/2天线间隔和在大约3λ/2天线间隔处的相位差测量结果来完成模糊性解算。在单通道接收器90中，这可以这样实现：通过在三个天线82-86之间快速切换使得在天线82，84和86处获得几乎同时的测量结果。从所有三个天线82-86接收的几乎同时的相位信息可用于生成明确的方位测量。在某些实施例中，这是使用图6中示出的并且在下面与其结合描述的说明性描述的过程来实现的。
应当认识到，上面结合图5描述的雷达系统设计和相关处理技术提供了若干优点。单通道RF降低了硬件成本，并且消除了对精密双通道跟踪的需要，同时快速切换允许明确的方位测量。
还将认识到，所公开的雷达系统设计和处理技术可以扩展到更多数量的天线(例如，四(4)或更多个天线)，而不需要额外的RF或IF硬件，只要切换可以足够快地执行。应当认识到，增加天线之间的间隔对于方位角的变化生成更大的相位差，这可以减少相位噪声的影响和车辆的影响。使用附加的天线允许可以增加天线间隔，而不会引起模糊。
图5A示出了可以与图5的雷达系统80相同或类似的说明性雷达系统100。雷达系统100包括接收天线102，104，106，其可以以上文结合图5所述的任何合适的间隔来提供。三个天线102-106经由3:1RF开关108选择性地耦合到单通道射频(RF)接收器110。为了改善性能，可以选择开关具有低损耗，以提供远小于线性调频脉冲持续时间的开关速度，以及提供在通道之间大于30dB的隔离。在该示例中，RF接收器110包括LNA 112和下变频器114。RF接收器110
耦合到单通道IF接收器116，其在该示例中包括IF放大器118，第一IF滤波器120，第二IF放大器122(其可以与所示的第二IF滤波器组合提供)，以及处理器124。
处理器124接收从IF接收器提供给其的信号，并执行上述处理以计算对象检测(例如方位角和多普勒信息)。
说明性雷达系统100还包括发射器电路126，其耦合到处理器124和发射天线128，如所示的。在一些实施例中，雷达系统100还可以包括输入/输出端口130，电源子系统132和/或波束选择134。
应该是图5A所示的雷达系统100仅仅是如上所述的图5中所示的广义雷达系统设计的一个可能的实施方式。因此，在其他实施方式中，系统100的部件可以被增加，移除和/或组合。例如，应当认识到，处理器124可以包括用于数字化IF信号的ADC和处理数字化信号的DSP。或者，可以与处理器124分离地提供ADC。
图6示出了利用与单通道IF接收器组合的三个接收天线的另一个汽车雷达系统设计。说明性雷达系统150包括与第二天线154间隔开大约0.4λ至约0.5λ的距离的第一天线152，以及第三天线156，其与第二天线154间隔开大约λ的距离并且与第一天线152间隔开大约1.4λ到大约1.7λ的距离。三个天线152-156耦合到三通道RF接收器的相应通道158a-158c.。每个RF接收器通道158a-158c具有选择性地通过3:1IF开关160耦合到单通道IF接收器162的输入端的输出端。在一些实施例中，接收器包括频率响应到MHz区域并且通道隔离大于30dB的标准模拟开关160。
每个RF接收器通道158a-158c可以是与图5的接收器通道90a相同的或相似的。因此，给定的RF接收器通道158a-158c可以包括通常已知的RF下变频器，低噪声放大器和/或其他部件。
单通道IF接收器162可以是与上面结合图5描述的IF接收器92相同的或类似的。特别地，IF接收器162可以包括处理器，其被配置为使用来自三个接收天线152-156和上述技术的交错测量结果来解算明确的方位角和多普勒。
在操作中，三通道RF接收器158同时接收从三个接收天线152-156中的每个提供给其的RF信号。相应的RF通道158a-158c下变频RF信号以生成相应的IF信号，其被提供为IF开关160的三个输入端。IF开关160可以与发射器同步以选择性地循环通过三个IF信号，从而从三个天线152-156收集交错的范围和多普勒测量结果。将认识到，在图6的实施例中由IF接收器162收集的类型信息可以基本上与图5的IF接收器92收集的是相同的，因此，可以应用相同或相似的信号处理技术来解算明确的方位角和多普勒。
图6A示出了可以与图6的雷达系统150相同或类似的说明性雷达系统180。雷达系统180包括接收天线182，184，186，其可以如上结合图6所述地间隔开。三个天线182-186被耦合到三通道RF接收器188的输入端(在此每个通道被示为具有LNA和下变频器)，并且RF接收器188的输出端经由3:1IF开关190被选择性地耦合到IF接收器192。IF接收器192可以包括通常已知的组件，例如放大器，滤波器，ADC和/或DSP。在一些实施例中，ADC能够以3MHz操作。说明性雷达系统180还包括发射器电路194，输入/输出端口198和电源子系统200，如所示的。
图7示出了利用与三通道IF接收器组合的三个接收天线的汽车雷达系统设计。说明性雷达系统220包括与第二天线224间隔开大约0.4λ到0.5λ的距离的第一天线222，以及第三天线226，其与第二天线224间隔开大约λ的距离并且与第一天线222隔开约1.4λ至大约1.7λ的距离。三天线222-226被耦合到三通道RF接收器228的相应通道228a-228c，其反过来又耦合到三通道IF接收器230的相应通道230a-230c。IF接收器通道230a-230c的输出端可以作为到处理器232的输入端。在一些实施例中，处理器232被设置为IF接收器230的一部分。
在操作中，三通道RF接收器230同时从三个接收天线222-226中的每一个接收提供其的RF信号。相应的RF通道228a-228c对RF信号进行下变频以生成IF信号，IF信号作为输入量馈送到IF通道230a-230c中的相应的一个。IF通道可以执行各种IF处理，例如滤波和放大。所生成的IF信号可以由处理器232同时接收。
处理器232可以被配置为采用与上面结合图5描述的技术类似的技术以及上述技术、利用来自三个接收天线152-156的同时测量结果来解算明确的方位角和多普勒。应当理解到，通过消除单独采样中的时间偏移，提供同时通道简化了方位角的计算。它还允许更快的测量周期。
如从在此提供的描述中将会显而易见的，在此描述的概念、结构和技术可以使任何24GHz雷达，特别是使用宽视场(FOV)天线设计的雷达受益。此外，在此描述的概念、结构和技术可以用于各种应用，包括但不限于盲点检测、车道改变、CTA和停车间隙测量。
已经描述了用于说明作为本公开的主题的各种概念、结构和技术的优选实施例，现在对于本领域普通技术人员来说，显而易见的是，结合这些概念、结构和技术的其他实施例可以使用。例如，应当注意到，在此描述的不同实施例的各种概念、特征(或元件)和技术可以组合以形成上面未具体阐述的其他实施例。此外，在单个实施例的上下文中描述的各种概念、特征(或元件)和技术也可以单独提供或以任何合适的子组合提供。因此，期望在此未具体描述的其它实施例也在所附权利要求的范围内。
因此，虽然已经示出和描述了在此所描述的概念、系统和技术的特定实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，可以进行形式和细节上的各种改变和修改，而不脱离如由下面的权利要求限定的公开内容的精神和范围。
因此，所附权利要求包括其范围内的所有这些改变和修改。

Claims (18)

1.一种方位跟踪双通道汽车雷达系统，包括：
第一接收天线；
与所述第一天线间隔开λ/2的距离的第二接收天线；
第三接收天线，该第三接收天线与所述第二天线间隔开λ的距离并与所述第一天线间隔开3λ/2的距离；
开关，该开关具有耦合到所述第二接收天线的输出端的第一输入端口、耦合到所述第三接收天线的输出端并具有输出端口的第二输入端口；
双通道射频(RF)接收器，该双通道射频接收器具有第一射频接收器通道和第二射频接收器通道，所述第一射频接收器通道具有被耦合以从所述第一接收天线接收射频信号的输入端，所述第二射频接收器通道具有耦合到所述开关的输出端的输入端，以使得所述第二射频接收器通道从所述第二和第三接收天线选择性地接收射频信号。
2.根据权利要求1所述的汽车雷达系统，其中所述第一和第二接收器通道包括下变频器，该下变频器接收从所述天线中的相应天线提供给其的射频信号并在其输出端提供下变频信号。
3.根据权利要求1所述的汽车雷达系统，其中所述开关被设置为单刀双掷开关。
4.根据权利要求1所述的汽车雷达系统，其中所述第一、第二和第三天线被设置为阵列天线。
5.根据权利要求4所述的汽车雷达系统，其中所述第一、第二和第三天线被设置为线性阵列天线。
6.根据权利要求5所述的汽车雷达系统，其中所述第一、第二和第三天线每个都由贴片天线元件的线性阵列提供。
7.一种用于操作包括方位跟踪双通道射频(RF)接收器的汽车雷达系统的方法，所述方法包括：
(a)从耦合到第一天线的双通道射频接收器的第一通道生成第一组相位值；
(b)从选择性地耦合到与第一天线间隔开λ/2的距离的第二天线的所述双通道射频接收器的第二通道生成第二组相位值；
(c)从选择性地耦合到与第一天线间隔开3λ/2的距离的第三天线的所述双通道射频接收器的第二通道生成第三组相位值；
(d)从第一和第二组相位值生成第一相位曲线；
(e)从第一和第三组相位值生成第二相位曲线；以及
(f)将第一相位曲线的相位值与第二相位曲线的相位值进行比较，以明确地解算所述相位，从而提高所述汽车雷达系统的角分辨率。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
从发射天线发射射频信号；
响应于发射的射频信号，在第一接收天线中接收射频返回信号；
响应于发射的射频信号，在与第一天线间隔开λ/2的距离的第二接收天线中接收射频返回信号；以及
响应于发射的射频信号，在与第一天线间隔开3λ/2的距离的第三接收天线中接收射频返回信号。
9.一种用于操作包括方位跟踪双通道射频(RF)接收器的汽车雷达系统的方法，所述方法包括：
(a)从发射天线发射射频信号；
(b)响应发射的射频信号，在第一接收天线中接收射频返回信号；
(c)响应于发射的射频信号，在与第一天线间隔开λ/2的距离的第二接收天线中接收所述射频返回信号；
(d)响应发射的射频信号，在与第一天线间隔开3λ/2的距离的第三接收天线中接收所述射频返回信号；
(e)将通过第一接收天线接收的射频返回信号提供给双通道射频接收器的第一通道；
(f)将通过第二接收天线接收的射频返回信号提供给开关的第一端口；
(g)将通过第三接收天线接收的射频返回信号提供给开关的第二端口；
(h)将通过第二接收天线接收的射频返回信号选择性地提供给双通道射频接收器的第二通道；
(i)将通过第三接收天线接收的射频返回信号选择性地提供给双通道射频接收器的第二通道；
(j)在所述双通道射频接收器的第一通道中，从经由所述第一天线接收的所述射频返回信号生成第一组相位值；
(k)从选择性地耦合到所述第二天线的所述双通道射频接收器的第二通道生成第二组相位值；
(l)从选择性地耦合到第三天线的双通道射频接收器的第二通道生成第三组相位值；
(m)从所述第一和第二组相位值生成第一相位曲线；和
(n)从第一和第三组相位值生成第二相位曲线。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：比较第一相曲线的相位值和第二相曲线的相位值以明确地解算所述相位，从而提高汽车雷达系统的角分辨率。
11.一种汽车雷达系统，包括：
三个或更多个接收天线；
射频(RF)开关，该射频开关具有耦合到所述接收天线中的相应接收天线的三个或更多个输入端口，以及输出端口；
单通道射频接收器，该单通道射频接收器具有耦合到射频开关的输出端以从所述接收天线选择性地接收射频信号的输入端口，并且具有输出端口；和
单通道中频(IF)接收器，该单通道中频接收器具有耦合到射频接收器的输出端口的输入端口，其中所述中频接收器被配置为响应于从目标反射的发射的线性调频脉冲以从所述接收天线接收交错的线性调频脉冲返回信号并且使用该交错的线性调频脉冲返回信号来确定目标的方位角和目标的多普勒速度。
12.根据权利要求11所述的汽车雷达系统，其中所述单通道中频接收器被配置为：
将在大循环内收集的交错的线性调频脉冲返回信号转换成一组时域采样；
对于每个接收天线，使用2D快速傅里叶变换(FFT)将时域采样转换为频域以获得在每个范围/多普勒频段中的目标的幅度和相位；
对于每个接收天线，至少部分地基于所述接收天线的位置来修正在每个范围/多普勒频段中目标的相位；以及
基于在每个范围/多普勒频段中的目标的修正相位来确定目标的方位角和目标的多普勒速度。
13.根据权利要求11所述的汽车雷达系统，其中所述接收天线包括：
第一接收天线；
第二接收天线，该第二接收天线与第一天线间隔开在大约0.4λ至约0.5λ的范围内的距离；以及
第三接收天线，该第三接收天线与第二天线间隔开大约λ的距离并与第一天线间隔开在大约1.4λ至大约1.7λ的范围内的距离。
14.根据权利要求11所述的汽车雷达系统，其中所述接收天线包括至少四个接收天线。
15.一种汽车雷达系统，包括：
三个或更多个接收天线；
具有三个或更多个通道的射频(RF)接收器，每个接收器通道具有耦合到所述接收天线中的相应接收天线的输入端口，以及输出端口；
中频(IF)开关，该中频开关具有耦合到所述射频接收器通道输出端口中的相应一个的三个或更多个输入端口，并具有输出端口；
单通道中频接收器，该单通道中频接收器具有耦合到所述中频开关的输出端口以从射频接收器通道选择性地接收中频信号的输入端口，其中所述中频接收器被配置为响应于从目标反射的发射的线性调频脉冲以从所述接收天线接收交错的返回信号，并使用该交错的返回信号来确定目标的方位角和目标的多普勒速度。
16.根据权利要求15所述的汽车雷达系统，其中所述单通道中频接收器被配置为：
将在大循环内收集的交错的线性调频脉冲返回信号转换成一组时域采样；
对于每个接收天线，使用2D快速傅里叶变换(FFT)将时域采样转换为频域以获得在每个范围/多普勒频段中的目标的幅度和相位；
对于每个接收天线，至少部分地基于所述接收天线的位置来修正在每个范围/多普勒频段中的目标的相位；和
基于在每个范围/多普勒频段中的目标的修正相位来确定目标的方位角和目标的多普勒速度。
17.根据权利要求15所述的汽车雷达系统，其中所述接收天线包括：
第一接收天线；
第二接收天线，该第二接收天线与第一天线间隔开在大约0.4λ至大约0.5λ的范围内的距离；以及
第三接收天线，该第三接收天线与第二天线间隔开大约λ的距离并与第一天线间隔开在大约1.4λ至大约1.7λ的范围内的距离。
18.根据权利要求15所述的汽车雷达系统，其中所述接收天线包括至少四个接收天线。
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